چرا بازده انرژی کمتر از ۵ به ۱، سوختهای سودآور را به باری بر دوش جامعه تبدیل میکند؟
پیچیدگی یک تمدن کاملاً به مازاد ترمودینامیکی آن بستگی دارد. با افزایش انرژی مورد نیاز برای استخراج سوختهای فسیلی، انرژی خالص در دسترس برای تامین مالی بهداشت، آموزش و زیرساختها به سرعت در حال کاهش است.
به قلم هستی غفاری
این خبر را به اشتراک بگذارید
بهطور خلاصه
- پیچیدگی یک تمدن دقیقاً محدود به مازاد ترمودینامیکی آن است؛ یعنی انرژی باقیمانده پس از آنکه بخش انرژی، توان مورد نیاز خود را تامین کند.
- اکتشافات نفتی اوایل قرن بیستم بازده انرژی ۱۰۰ به ۱ داشتند، اما استخراجهای نامتعارف امروزی، بازده سوختهای فسیلی را به مرز ۵ به ۱ رساندهاند.
- اقتصاددانان بومشناختی محاسبه کردهاند که برای حفظ بهداشت، آموزش و زیرساختهای مدرن، بازده انرژی حداقل ۵ به ۱ ضروری است.
یک تمدن تنها در صورتی میتواند بودجه بیمارستانها، دانشگاهها و گالریهای هنری را تامین کند که سیستم انرژی آن بسیار بیشتر از آنچه برای فعالیت خود مصرف میکند، انرژی تولید کند. این مازاد ترمودینامیکی، پیششرط مطلق برای پیچیدگی اقتصاد مدرن است. اگر یک جامعه مجبور باشد نیمی از انرژی خود را صرفاً برای به دست آوردن انرژی بیشتر صرف کند، نیمه باقیمانده نمیتواند یک اقتصاد پیشرفته و جهانیشده را سرپا نگه دارد.[2][8]
این پویایی با «بازده سرمایهگذاری انرژی» یا EROI سنجیده میشود. این یک نسبت ساده است: واحدهای انرژی استخراجشده تقسیم بر واحدهای انرژی مصرفشده برای استخراج آنها. بازده ۱ به ۱ به این معناست که یک فرآیند دقیقاً به همان اندازهای که انرژی تولید میکند، انرژی مصرف میکند؛ و این امر، فارغ از سودآوری مالی، آن را به عنوان یک منبع نیرو بیفایده میسازد.[1][4]
در اوایل قرن بیستم، بازده انرژی اکتشافات نفت متعارف در مکانهایی مانند تگزاس و خاورمیانه به طور معمول از ۱۰۰ به ۱ فراتر میرفت. به ازای هر بشکه نفتی که در اکتشاف و حفاری سوزانده میشد، صد بشکه به جامعه بازمیگشت. آن مازاد عظیم ۹۹ بشکهای، دنیای مدرن را ساخت، توسعه اقتصادی پس از جنگ را تامین مالی کرد و طبقه متوسط جهانی را به وجود آورد.[4][8]
اما دوران انرژی آسان به پایان رسیده است. پژوهشگران دانشگاه لیدز مستند کردهاند که سوختهای فسیلی اکنون بازده سرمایهگذاری «بهشدت ضعیفی» ارائه میدهند. با رانده شدن حفاران به سمت ذخایر آبهای عمیق، محیطهای قطبی و عملیات پیچیده شکست هیدرولیکی، هزینه فیزیکی انرژی برای استخراج سر به فلک میکشد.[3][7]
امروزه، بازده انرژی نفتهای نامتعارف و ماسههای نفتی اغلب بین ۵ به ۱ تا ۱۰ به ۱ در نوسان است. اگرچه نسبت ۵ به ۱ همچنان بازده خالص مثبتی به همراه دارد، اما ریاضیات انرژی خالص دیکته میکند که با نزدیک شدن این نسبت به اعداد تکرقمی، منفعت اجتماعی به شدت افت میکند؛ پدیدهای که اقتصاددانان بومشناختی آن را «پرتگاه انرژی خالص» مینامند.[1][5]
پرتگاه انرژی خالص خطی نیست. در بازده ۱۰۰ به ۱، جامعه ۹۹ درصد از انرژی ناخالص را حفظ میکند. در ۵۰ به ۱، این رقم ۹۸ درصد است؛ تفاوتی که به سختی قابل توجه است. اما با سقوط این نسبت از ۱۰ به ۱ به ۵ به ۱، سهم انرژی بلعیدهشده توسط خود بخش انرژی از ۱۰ درصد به ۲۰ درصد دو برابر میشود و مقادیر عظیمی از توان قابل استفاده را از اقتصاد کلان حذف میکند.[5][8]
یک تحلیل برجسته که در نشریه MDPI منتشر شد، به دنبال محاسبه حداقل بازده انرژی دقیقی بود که یک جامعه پایدار باید داشته باشد. پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که اگرچه بازده ۳ به ۱ ممکن است سیستمهای پایه کشاورزی و حملونقل را حفظ کند، اما برای حمایت از هنر، آموزش عالی و سیستمهای پیشرفته بهداشت و درمان که تمدن مدرن را تعریف میکنند، حداقل نسبت ۵ به ۱ ضروری است.[2]
این واقعیت ترمودینامیکی اغلب توسط بازارهای مالی پنهان میماند. یک پروژه نفتی در آبهای عمیق ممکن است با نفت بشکهای ۸۵ دلار بسیار سودآور باشد و میلیاردها دلار سرمایه جذب کند. اما اگر بازده انرژی آن ۴ به ۱ باشد، به طور همزمان به عنوان یک بار ترمودینامیکی بر دوش اقتصاد کلان عمل میکند و نیازمند ورودیهای عظیم انرژی است که هزینه پایه تمام کالاها و خدمات دیگر را بالا میبرد.[1][8]
به همین دلیل است که گذار به انرژیهای تجدیدپذیر، مستقل از اهداف اقلیمی، یک ضرورت ساختاری است. ابتکار «روز تخطی زمین» تاکید میکند که زیرساختهای تجدیدپذیر، پس از ساخته شدن، راهی برای خروج از تله انرژی خالص ارائه میدهند. در حالی که تولید پنلهای خورشیدی و توربینهای بادی نیازمند سرمایهگذاری اولیه قابلتوجهی از انرژی است، هزینههای انرژی عملیاتی آنها نزدیک به صفر است.[6]
توربینهای بادی مدرن در طول عمر ۲۵ ساله خود به طور مکرر به بازده انرژی ۲۰ به ۱ یا بالاتر دست مییابند و به راحتی از آستانه اجتماعی ۵ به ۱ عبور میکنند. فتوولتائیکهای خورشیدی، بسته به موقعیت جغرافیایی و کارایی تولید، عموماً بین ۱۰ به ۱ تا ۱۵ به ۱ بازده دارند و یک مازاد ترمودینامیکی پایدار فراهم میکنند.[1][6]
قویترین استدلال متقابل از سوی تحلیلگران انرژی بر روی مسئله تناوب متمرکز است. همانطور که فوربز در سال ۲۰۱۵ اشاره کرد، بازده انرژی ابزاری حیاتی برای پیشبینی بهترین ترکیب انرژی است، اما بازده خام تجدیدپذیرها هزینه انرژی ذخیرهسازی باتری یا تعدیل شبکه را در نظر نمیگیرد. وقتی انرژی مورد نیاز برای تولید ذخیرهسازهای لیتیوم-یون محاسبه میشود، بازده انرژی «تعدیلشده» خورشیدی و بادی به طور قابلتوجهی کاهش مییابد و گاهی به طرز خطرناکی به مرز ۵ به ۱ نزدیک میشود.[4][8]
اقتصاد جهانی در حال حاضر با مازاد رو به کاهش سوختهای فسیلی قدیمی کار میکند. چالش اصلی دهه ۲۰۲۰ استفاده از این مازاد باقیمانده با بازده بالا برای تولید نسل بعدی زیرساختهای تجدیدپذیر است. اگر جامعه تا زمانی که میانگین بازده انرژی فسیلی به زیر ۵ به ۱ برسد صبر کند، ظرفیت ترمودینامیکی اضافی برای ساخت سیستم جایگزین را نخواهد داشت.[2][5]
این محدودیت مطلق است. یارانههای مالی و قیمتگذاری بازار میتوانند بازده انرژی پایین را برای سالها پنهان کنند، اما نمیتوانند قوانین فیزیک را بازنویسی کنند. موفقیت گذار انرژی نه با هزینه دلاری زیرساختها، بلکه با این مسئله تعیین میشود که آیا شبکه جدید میتواند به طور مداوم مازاد ترمودینامیکی ۵ به ۱ مورد نیاز برای حفظ جامعه مدرن را ارائه دهد یا خیر.[8]
اصطلاحات کلیدی
- بازده سرمایهگذاری انرژی (EROI)
- نسبت مقدار انرژی قابل استفاده به دست آمده از یک منبع انرژی خاص به مقدار انرژی مصرف شده برای به دست آوردن آن منبع انرژی.
- پرتگاه انرژی خالص
- پدیده ریاضی که در آن با سقوط نسبت بازده انرژی به اعداد تکرقمی، انرژی خالص در دسترس جامعه به شدت و به صورت غیرخطی کاهش مییابد.
- مازاد ترمودینامیکی
- انرژی قابل استفاده و باقیمانده پس از آنکه بخش انرژی نیازهای عملیاتی خود را مصرف کرد، که سپس برای تامین نیروی بقیه اقتصاد استفاده میشود.
- بازده انرژی تعدیلشده
- نسبت بازده انرژی اصلاحشده یک منبع تجدیدپذیر، زمانی که هزینههای انرژی ذخیرهسازی باتری و یکپارچهسازی شبکه در محاسبه لحاظ میشود.
پرسشهای متداول
بازده انرژی ۵ به ۱ به چه معناست؟
این بدان معناست که به ازای هر یک واحد انرژی سرمایهگذاری شده برای استخراج یا تولید نیرو، پنج واحد انرژی تولید میشود. یک واحد، سرمایهگذاری را جبران میکند و مازاد خالصی معادل چهار واحد برای استفاده جامعه باقی میگذارد.
چرا ۵ به ۱ حداقل آستانه در نظر گرفته میشود؟
تحقیقات نشان میدهد در حالی که بازده انرژی ۳ به ۱ میتواند از کشاورزی و حملونقل پایه پشتیبانی کند، یک جامعه برای تولید انرژی مازاد کافی جهت تامین مالی نهادهای پیچیدهای مانند بهداشت، آموزش عالی و هنر، به حداقل بازده ۵ به ۱ نیاز دارد.
آیا یک سوخت میتواند از نظر مالی سودآور اما از نظر ترمودینامیکی منفی باشد؟
بله. اگر قیمت نفت به اندازه کافی بالا باشد، یک شرکت میتواند از استخراج نفت سود مالی ببرد، حتی اگر این فرآیند نیازمند مقادیر عظیمی از انرژی باشد. با این حال، این استخراج با بازده انرژی پایین، به عنوان یک بار خالص بر دوش اقتصاد کلان عمل میکند.
بررسی عمیق دیدگاهها
اقتصاددانان بومشناختی
استدلال میکنند که جریانهای فیزیکی انرژی، و نه معیارهای مالی، محدودیتهای واقعی تمدن بشری هستند.
این گروه، به پیشگامی پژوهشگرانی مانند چارلز هال، استدلال میکنند که اقتصاد سنتی اساساً ناقص است، زیرا انرژی را صرفاً به عنوان یک کالای دیگر در نظر میگیرد، نه پیششرط تمام کارها. آنها اشاره میکنند که تاریخ بشر اساساً داستان دسترسی به سوختهایی با چگالی بالاتر و بازده انرژی بیشتر است. از دیدگاه آنها، تورم جهانی کنونی و کند شدن رشد اقتصادی صرفاً پدیدههای پولی نیستند، بلکه نتیجه فیزیکی مستقیم لغزش اقتصاد جهانی به سمت پرتگاه انرژی خالص در پی دشوارتر شدن استخراج سوختهای فسیلی است.
خوشبینان به فناوری
بر این باورند که کارایی فناوری و منابع تجدیدپذیر نامحدود، بر هرگونه افت موقت در بازده انرژی خالص غلبه خواهند کرد.
خوشبینان به فناوری استدلال میکنند که بازده انرژی یک هدف متحرک است. اگرچه آنها کاهش بازده سوختهای فسیلی را میپذیرند، اما تاکید میکنند که کارایی تولید پنلهای خورشیدی و توربینهای بادی به صورت تصاعدی در حال بهبود است. علاوه بر این، آنها استدلال میکنند زمانی که سوخت ورودی خام (نور خورشید یا باد) رایگان و نامحدود باشد، بازده انرژی پایینتر کاملاً قابل قبول است، به شرطی که زیرساختها را به طور گسترده توسعه دهیم. برای این گروه، آستانه ۵ به ۱ یک چالش مهندسی قابل حل است، نه یک محدودیت سخت برای پیشرفت بشر.
متولیان سوختهای فسیلی
بر سودآوری مالی فوری و قابلیت اطمینان سوختها در شبکه تمرکز دارند و درباره هزینههای بالای ذخیرهسازی انرژیهای تجدیدپذیر هشدار میدهند.
تحلیلگران صنعت و تولیدکنندگان قدیمی انرژی استدلال میکنند که محاسبات خام بازده انرژی اغلب با نادیده گرفتن هزینههای عظیم انرژی مورد نیاز برای تعدیل یک شبکه متناوب، به طور ناعادلانهای به نفع تجدیدپذیرها تمام میشود. آنها اشاره میکنند که یک بشکه نفت، خودش یک باتری است، در حالی که انرژی خورشیدی به ذخیرهسازی لیتیوم-یون، بازسازی شبکه و توسعه خطوط انتقال نیاز دارد. متولیان استدلال میکنند که وقتی این هزینههای «تعدیل» در بازده انرژی تجدیدپذیرها لحاظ شود، سوختهای فسیلی همچنان قابلاطمینانترین مازاد ترمودینامیکی را برای اقتصاد مدرن فراهم میکنند.
- اقتصاددانان بومشناختی
- استدلال میکنند که جریانهای فیزیکی انرژی، و نه معیارهای مالی، محدودیتهای واقعی تمدن بشری و رشد اقتصادی هستند.
- خوشبینان به فناوری
- بر این باورند که کارایی فناوری و منابع تجدیدپذیر نامحدود، بر هرگونه افت موقت در بازده انرژی خالص غلبه خواهند کرد.
- تحلیلگران انرژی
- بر سودآوری مالی فوری و قابلیت اطمینان سوختها در شبکه تمرکز دارند و درباره هزینههای بالای ذخیرهسازی انرژیهای تجدیدپذیر هشدار میدهند.
دیدگاههایی که این گزارش پوشش نداده
- سیاستگذاران کشورهای در حال توسعه
- اپراتورهای شبکه برق
منابع
[1]EconPapersاقتصاددانان بومشناختیEROI of different fuels and the implications for society
مطالعه در EconPapers →
[2]MDPIاقتصاددانان بومشناختیWhat is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have?
مطالعه در MDPI →
[3]University of Leedsتحلیلگران انرژیFossil fuels offer a poor return on energy investment
مطالعه در University of Leeds →
[4]تیم سردبیری کوهستانتحلیلگران انرژیتحلیل تیم سردبیری کوهستان
مطالعه در تیم سردبیری کوهستان →
[5]تیم سردبیری کوهستانتحلیلگران انرژیتحلیل تیم سردبیری کوهستان
مطالعه در تیم سردبیری کوهستان →
[6]Earth Overshoot Dayخوشبینان به فناوریRenewable energy - Power of Possibility
مطالعه در Earth Overshoot Day →
[7]Energy Voiceتحلیلگران انرژیFossil fuels offer 'increasingly poor' returns on investment, study finds
مطالعه در Energy Voice →
[8]تیم سردبیری کوهستانتحلیلگران انرژیتحلیل تیم سردبیری کوهستان
مطالعه در تیم سردبیری کوهستان →
بیشتر در دیدگاه
مشاهده همه →رمزنگاری
مشکل کلید O(N²): چرا رمزنگاری متقارن اساساً برای شبکههای بزرگ مقیاسپذیر نیست
5 منبع
محدودیتهای فیزیک
۱.۳۵ × ۱۰^۵۰ بیت بر ثانیه به ازای هر کیلوگرم: همارزی جرم و انرژی چگونه حد نهایی سرعت پردازش را تعیین میکند
6 منبع
نظریه اطلاعات
چرا قضیه شانون-هارتلی سقف سرعتی غیرقابلعبور برای شبکههای داده جهانی تعیین میکند
6 منبع
مکانیسمهای نوروتوکسین
یک قیچی و دو فاجعه متضاد: چرا سموم کزاز و بوتولینوم فلجهای معکوس ایجاد میکنند؟
10 منبع
نظرات
هر زاویه. هر روز.
اخبار دیدگاه با پوشش کامل منابع و تحلیل دیدگاهها، هر روز و رایگان.





